最近很多人在咨詢Agrade睿達(dá)的SSD固態(tài)硬盤做RAID的表現(xiàn)，所以今天我們來簡單說說RAID。

一、概述

1988 年美國加州大學(xué)伯克利分校的 D. A. Patterson 教授等首次在論文 “A Case of Redundant Array of Inexpensive Disks” 中提出了 RAID 概念，即廉價冗余磁盤陣列（ Redundant Array of Inexpensive Disks ）。由于當(dāng)時大容量磁盤比較昂貴， RAID 的基本思想是將多個容量較小、相對廉價的磁盤進(jìn)行有機(jī)組合，從而以較低的成本獲得與昂貴大容量磁盤相當(dāng)?shù)娜萘俊⑿阅堋⒖煽啃浴ｋS著磁盤成本和價格的不斷降低， RAID 可以使用大部分的磁盤， “廉價” 已經(jīng)毫無意義。因此， RAID 咨詢委員會（ RAID Advisory Board, RAB ）決定用 “ 獨(dú)立 ” 替代 “ 廉價 ” ，于時 RAID 變成了獨(dú)立磁盤冗余陣列（ Redundant Array of Independent Disks ）。但這僅僅是名稱的變化，實質(zhì)內(nèi)容沒有改變。

RAID 這種設(shè)計思想很快被業(yè)界接納， RAID 技術(shù)作為高性能、高可靠的存儲技術(shù)，已經(jīng)得到了非常廣泛的應(yīng)用。RAID 主要利用數(shù)據(jù)條帶、鏡像和數(shù)據(jù)校驗技術(shù)來獲取高性能、可靠性、容錯能力和擴(kuò)展性，根據(jù)運(yùn)用或組合運(yùn)用這三種技術(shù)的策略和架構(gòu)，可以把 RAID 分為不同的等級，以滿足不同數(shù)據(jù)應(yīng)用的需求。目前業(yè)界公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)是 RAID0 ~ RAID5 ，除 RAID2 外的四個等級被定為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，而在實際應(yīng)用領(lǐng)域中使用最多的 RAID 等級是 RAID0 、 RAID1 、 RAID3 、 RAID5 、 RAID6 和 RAID10。

從實現(xiàn)角度看， RAID 主要分為軟 RAID、硬 RAID 以及軟硬混合 RAID 三種。軟 RAID 所有功能均有操作系統(tǒng)和 CPU 來完成，沒有獨(dú)立的 RAID 控制 / 處理芯片和 I/O 處理芯片，效率自然最低。硬 RAID 配備了專門的 RAID 控制 / 處理芯片和 I/O 處理芯片以及陣列緩沖，不占用 CPU 資源，但成本很高。軟硬混合 RAID 具備 RAID 控制 / 處理芯片，但缺乏 I/O 處理芯片，需要 CPU 和驅(qū)動程序來完成，性能和成本 在軟 RAID 和硬 RAID 之間。

RAID 每一個等級代表一種實現(xiàn)方法和技術(shù)，等級之間并無高低之分。在實際應(yīng)用中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)用戶的數(shù)據(jù)應(yīng)用特點(diǎn)，綜合考慮可用性、性能和成本來選擇合適的 RAID 等級，以及具體的實現(xiàn)方式。

二、基本原理

RAID （ Redundant Array of Independent Disks ）即獨(dú)立磁盤冗余陣列，通常簡稱為磁盤陣列。簡單地說， RAID 是由多個獨(dú)立的高性能磁盤驅(qū)動器組成的磁盤子系統(tǒng)，從而提供比單個磁盤更高的存儲性能和數(shù)據(jù)冗余的技術(shù)。RAID 是一類多磁盤管理技術(shù)，其向主機(jī)環(huán)境提供了成本適中、數(shù)據(jù)可靠性高的高性能存儲。SNIA 對 磁盤陣列可以在部分磁盤（單塊或多塊，根據(jù)實現(xiàn)而論）損壞的情況下，仍能保證系統(tǒng)不中斷地連續(xù)運(yùn)行。在重建故障磁盤數(shù)據(jù)至新磁盤的過程中，系統(tǒng)可以繼續(xù)正常運(yùn)行，但是性能方面會有一定程度上的降低。一些磁盤陣列在添加或刪除磁盤時必須停機(jī)，而有些則支持熱交換 （ Hot Swapping ），允許不停機(jī)下替換磁盤驅(qū)動器。這種高端磁盤陣列主要用于要求高可能性的應(yīng)用系統(tǒng)，系統(tǒng)不能停機(jī)或盡可能少的停機(jī)時間。一般來說， RAID 不可作為數(shù)據(jù)備份的替代方案，它對非磁盤故障等造成的數(shù)據(jù)丟失無能為力，比如病毒、人為破壞、意外刪除等情形。此時的數(shù)據(jù)丟失是相對操作系統(tǒng)、文件系統(tǒng)、卷管理器或者應(yīng)用系統(tǒng)來說的，對于 RAID 系統(tǒng)來身，數(shù)據(jù)都是完好的，沒有發(fā)生丟失。所以，數(shù)據(jù)備份、災(zāi) 備等數(shù)據(jù)保護(hù)措施是非常必要的，與 RAID 相輔相成，保護(hù)數(shù)據(jù)在不同層次的安全性，防止發(fā)生數(shù)據(jù)丟失。

RAID 中主要有三個關(guān)鍵概念和技術(shù)：鏡像（ Mirroring ）、數(shù)據(jù)條帶（ Data Stripping ）和數(shù)據(jù)校驗（ Data parity ）。鏡像，將數(shù)據(jù)復(fù)制到多個磁盤，一方面可以提高可靠性，另一方面可并發(fā)從兩個或多個副本讀取數(shù)據(jù)來提高讀性能。顯而易見，鏡像的寫性能要稍低， 確保數(shù)據(jù)正確地寫到多個磁盤需要更多的時間消耗。數(shù)據(jù)條帶，將數(shù)據(jù)分片保存在多個不同的磁盤，多個數(shù)據(jù)分片共同組成一個完整數(shù)據(jù)副本，這與鏡像的多個副本是不同的，它通常用于性能考慮。

RAID 的定義是：一種磁盤陣列，部分物理存儲空間用來記錄保存在剩余空間上的用戶數(shù)據(jù)的冗余信息。當(dāng)其中某一個磁盤或訪問路徑發(fā)生故障時，冗余信息可用來重建用戶數(shù)據(jù)。磁盤條帶化雖然與 RAID 定義不符，通常還是稱為 RAID （即 RAID0 ）。

三、RAID 的優(yōu)勢：

(1) 大容量

這是RAID 的一個顯然優(yōu)勢，它擴(kuò)大了磁盤的容量，由多個磁盤組成的 RAID 系統(tǒng)具有海量的存儲空間。現(xiàn)在單個固態(tài)硬盤的容量就可以到 2TB 以上，這樣 RAID 的存儲容量就可以達(dá)到 PB 級，大多數(shù)的存儲需求都可以滿足。一般來說， RAID 可用容量要小于所有成員磁盤的總?cè)萘俊２煌燃壍?RAID 算法需要一定的冗余開銷，具體容量開銷與采用算法相關(guān)。如果已知 RAID 算法和容量，可以計算出 RAID 的可用容量。通常， RAID 容量利用率在 50% ~ 90% 之間。

(2) 高性能

RAID 的高性能受益于數(shù)據(jù)條帶化技術(shù)。單個磁盤的 I/O 性能受到接口、帶寬等計算機(jī)技術(shù)的限制，性能往往很有限，容易成為系統(tǒng)性能的瓶頸。通過數(shù)據(jù)條帶化，RAID 將數(shù)據(jù) I/O 分散到各個成員磁盤上，從而獲得比單個磁盤成倍增長的聚合 I/O 性能。

(3) 可靠性

可用性和可靠性是 RAID 的另一個重要特征。從理論上講，由多個磁盤組成的 RAID 系統(tǒng)在可靠性方面應(yīng)該比單個磁盤要差。這里有個隱含假定：單個磁盤故障將導(dǎo)致整個 RAID 不可用。RAID 采用鏡像和數(shù)據(jù)校驗等數(shù)據(jù)冗余技術(shù)，打破了這個假定。鏡像是最為原始的冗余技術(shù)，把某組磁盤驅(qū)動器上的數(shù)據(jù)完全復(fù)制到另一組磁盤驅(qū)動器上，保證總有數(shù)據(jù)副本可用。比起鏡像 50% 的冗余開銷 ，數(shù)據(jù)校驗要小很多，它利用校驗冗余信息對數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗和糾錯。RAID 冗余技術(shù)大幅提升數(shù)據(jù)可用性和可靠性，保證了若干磁盤出錯時，不會導(dǎo)致數(shù)據(jù)的丟失，不影響系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)行。

(4) 可管理性

實際上RAID 是一種虛擬化技術(shù)，它對多個物理磁盤驅(qū)動器虛擬成一個大容量的邏輯驅(qū)動器。對于外部主機(jī)系統(tǒng)來說，RAID 是一個單一的、快速可靠的大容量磁盤驅(qū)動器。這樣，用戶就可以在這個虛擬驅(qū)動器上來組織和存儲應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)。從用戶應(yīng)用角度看，可使存儲系統(tǒng)簡單易用，管理也很便利。由于 RAID 內(nèi)部完成了大量的存儲管理工作，管理員只需要管理單個虛擬驅(qū)動器，可以節(jié)省大量的管理工作。RAID 可以動態(tài)增減磁盤驅(qū)動器，可自動進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗和數(shù)據(jù)重建，這些都可以大大簡化管理工作。

總結(jié)：

由于固態(tài)硬盤比普通硬盤具有更多的優(yōu)勢，所以做RAID也是一樣的比普通硬盤具有更多的優(yōu)勢。隨著固態(tài)硬盤的價格越來越便宜，相信會有更多的客戶用固態(tài)硬盤來做RAID。